等価線量、組織荷重係数、実効線量について学び直そうという動きがあるので、今回は成人の場合についてのヨウ素131の甲状腺等価線量換算係数を見積もり方について、以前より詳しく考えたいと思います。
●体内動態モデル
ヨウ素131の体内動態モデルは次の資料にあります。
http://www.mhlw.go.jp/stf/shingi/2r9852000001cyyt-att/2r9852000001cz7c.pdf p.20
http://www.iaea.org/inis/collection/NCLCollectionStore/_Public/37/022/37022170.pdf p.126
ここでは、甲状腺への移行率をF=0.30としてみます。
この資料によると、成人の場合、ヨウ素131の甲状腺での生物学的半減期は80日とされていますが、ヨウ素131は血液→甲状腺→残りの臓器→血液→甲状腺という感じで、体内を周回して再び甲状腺に戻ってくるので、実質的な甲状腺での生物学的半減期は80日より長くなると考えられます。そこで、次の資料の図4-3と表4-7に与えられた甲状線のヨウ素131の残留量の時間変化から、甲状腺での実質的な実効半減期Teと実質的な生物学的半減期Tbを逆算してみたいと思います(ただし、この時間変化は吸入摂取の場合ですが)。
http://www.remnet.jp/lecture/b03_01/a02.html
吸入1日後と100日後のデータから逆算してみると、
exp(-ln2×99day/Te)=6.7/5.7E+4
という関係より、
Te=ln2×99day/ln(5.7E+4/6.7)
≒7.58day
となります。また、物理的半減期はTp=8.04dayなので、
1/Te=1/Tp+1/Tb
という関係より、
Tb=Tp×Te/(Tp-Te)
=8.04day×7.58day/(8.04day-7.58day)
≒132day
となります。
●甲状腺内でのヨウ素131が崩壊する割合S
甲状腺ではヨウ素131原子核の個数Nは物理的崩壊と生物学的な排出によって減少していきます。
物理的崩壊定数をλp、甲状腺での実質的な生物学的崩壊定数(排泄定数)をλbとすると、単位時間あたりのヨウ素131の原子核の個数の変化dN/dtは、
dN/dt=-(λp+λb)×N
と表せるので、甲状腺内で崩壊する割合をSとすると、
S=λp/(λp+λb)
となります。ここで、物理的半減期をTp、甲状腺での実質的な生物学的半減期をTbとすると、
Tp=ln2/λp
Tb=ln2/λb
という関係があるので、TpとTbを用いてSを表すと、
S=(ln2/Tp)/(ln2/Tp+ln2/Tb)
=Tb/(Tp+Tb)
=132day/(8.04day+132day)
≒0.940
となります。
●ヨウ素131の1Bqあたりの原子核の個数A
ヨウ素131の物理的半減期は8.04dayなので、
A=(3600×24×8.04)÷ln2個/Bq
≒1,00E+6個/Bq
です。
●体内でヨウ素131の1崩壊あたりの甲状腺で吸収されるエネルギーE1
次の資料によるとヨウ素131の1崩壊あたりで放出される放射線の平均エネルギーは、
β線:0.19MeV
γ線:0.38MeV
であることがわかります。
http://www.evs.anl.gov/pub/doc/Iodine.pdf
ただし、甲状腺の大きさは非常に小さいので、甲状腺がγ線を吸収する割合はかなり低いことが知られています。次の資料によると、MIRD法では1MeVのγ線源が甲状腺にあった場合、1崩壊あたり甲状腺が吸収する平均エネルギーは0.03MeVとなるようです。
したがって、ヨウ素131の場合も甲状腺から放出されたγ線のエネルギーの3%が甲状腺に吸収されることにしてみます。そうすると、
E1=0.19MeV+0.38MeV×0.030
≒0.20MeV
となります。
●甲状腺等価線量換算係数TEDC
甲状腺以外に分布するヨウ素131から放出されるγ線の影響を無視することにし、成人の場合の甲状腺の質量をMt=20gとすると、成人の甲状腺等価線量換算係数は、
TEDC=(F×A×E1×S)/Mt
で見積もることができます。ここで、ヨウ素131の生物学的半減期は50年よりずっと短いので、TEDCは預託等価線量換算係数とみなして問題ありません。各数値を代入すると、
TEDC=(0.30×1.00E+6個/Bq×0.20MeV×0.940)/20g
=(0.30×1.00E+6個/Bq×0.20×1.60E-13J×0.940)/20g
≒0.45μSv/Bq
となり、ほぼ再現できました。